CN112204711A - 通过光束分离可移除复合结构的方法 - Google Patents

通过光束分离可移除复合结构的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112204711A
CN112204711A CN201980035862.9A CN201980035862A CN112204711A CN 112204711 A CN112204711 A CN 112204711A CN 201980035862 A CN201980035862 A CN 201980035862A CN 112204711 A CN112204711 A CN 112204711A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
light beam
sacrificial layer
light absorbing
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980035862.9A
Other languages
English (en)
Inventor
J-M·贝索克斯
G·贝斯纳德
Y·辛奎因
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soitec SA
Original Assignee
Soitec SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soitec SA filed Critical Soitec SA
Publication of CN112204711A publication Critical patent/CN112204711A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/085—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76251—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques
    • H01L21/76254—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques with separation/delamination along an ion implanted layer, e.g. Smart-cut, Unibond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/7806—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices involving the separation of the active layers from a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8548—Lead-based oxides
    • H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
    • H10N70/041—Modification of switching materials after formation, e.g. doping
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881—Switching materials
    • H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8828—Tellurides, e.g. GeSbTe

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种通过光束分离可移除复合结构的方法，所述方法包括：供应可移除复合结构(100)，其依次包括：衬底(1)；光吸收层(2)，其由适于至少部分地吸收光束的材料制成，所述衬底对所述光束基本上透明；牺牲层(3)，其适于在施加高于解离温度的温度下解离，由与光吸收层(2)的材料不同的材料制成；至少一个待分离层(4)；施加穿过衬底(1)的光束，所述光束至少部分地由光吸收层(2)吸收，以加热所述光吸收层；通过来自光吸收层(2)的热传导将牺牲层(3)加热至高于或等于解离温度的温度；在所述加热的作用下使牺牲层(3)解离。

Description

通过光束分离可移除复合结构的方法
技术领域
本发明涉及一种能够通过施加光束而拆除的复合结构，以及用于分离这种结构的方法。
背景技术
在微电子学、光学和光电子学领域中，已知的实践是制造包括有用层和衬底的可拆除复合结构，所述结构旨在随后被处理以将有用层与衬底分离。
例如，当衬底是用于通过有用层的外延而形成的生长衬底时，以及然后需要将有用层与衬底分离以单独使用或将其转移至最终载体时，就是这种情况。
为此，在结构内的有用层和衬底之间布置有牺牲层，所述牺牲层旨在在分离处理期间至少部分地分解。
以术语“激光剥离”(laser lift-off，LLO)已知一种特别的分离技术，其中使用光束来分解牺牲层。该技术利用了形成结构的材料在光吸收和耐热性方面的差异。因此，衬底对于所述光束基本上透明，而牺牲层强烈地吸收所述光束。因此，当通过施加穿过衬底的光束来照射复合结构时，牺牲层被充分加热，然后在温度超过给定温度(称为解离温度)时解离。由此获得的一方面是有用层，另一方面是可以重复使用(例如以形成新的复合结构)的衬底。
该方法的一个缺点是，由于待分离层和牺牲层之间邻近，因此待分离层也可以通过来自牺牲层的热传导而升高至高温。待分离层的这种加热可能导致其某些性能的下降，特别是在衬底与待分离层具有基本上不同的热膨胀系数的情况下。
文献WO 2015/019018描述了一种可拆除复合结构，其中，在牺牲层和待分离层之间插入热阻挡层。所述热阻挡层对于光束基本上透明，从而不会被加热，并且足够厚以在暴露于光束的持续时间内将待分离层保持在低于确定阈值的温度下。
然而，对于待分离层和/或最终载体的某些材料(如果合适的话)，这种热阻挡层可能不行。
因此，例如，在待分离层包括铁磁材料(如CoFeB/MgO)的堆叠的情况下，原子的相互扩散从约400℃至600℃的温度开始发生。在待分离层由石墨烯制成的情况下，电性能的下降从600℃的温度开始发生。在待分离层由辉钼矿(MoS2)制成的情况下，杂交的改性以及与其他材料的反应可以从约450℃至600℃的温度开始发生。在待分离层由相变合金(如GeSbTe)制成的情况下，从约600℃开始发生熔融并转变为非晶相。
同样，取决于待分离层将要转移到的最终载体的组成，所述载体可能受到为了使牺牲层解离而施加的热预算的影响。因此，例如，如果最终载体包括含有铜的电子线路，则铜线的挤出可以从400℃开始进行。在最终载体由聚合物材料(例如塑性材料)制成的情况下，它可以从200℃开始分解。
在这种情况下，为了在低温下进行分离，一种可能的技术是通过蚀刻而从待分离层的背面去除衬底，以这样的方式使得所述衬底不能被循环用于另一用途。
当最终载体对温度敏感时，基于LLO技术的另一种可能的方法是将待分离层转移至临时衬底，所述临时衬底不易受到用于使牺牲层解离的热预算的影响，然后将待分离层转移至最终载体。然而，此方法比LLO方法花费的时间更长，并且更昂贵，因为此方法需要将感兴趣的层转移两次。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺点，并且特别地设计一种包括牺牲层的可拆除复合结构，所述牺牲层能够通过施加有限的通过吸收光束而产生的热预算(通常对应于低于500℃的温度)来解离。
为此，本发明提出一种能够通过光束而拆除的复合结构，其依次包括：
-衬底，
-光吸收层，其由适于至少部分地吸收光束的材料制成，所述衬底对于所述光束基本上透明，
-牺牲层，其适于在施加高于解离温度的温度下解离，由与光吸收层的材料不同的材料制成，
-至少一个待分离层。
术语“复合”理解为意指该结构由不同材料(特别是在光吸收和耐热性方面表现出不同的特性)的堆叠而形成。
术语“可拆除”理解为意指复合结构能够沿着平行于其主表面的平面分成两个部分，每个部分保持其完整性，牺牲层除外，该牺牲层位于两个部分之间的界面处并且解离以允许所述分离。
术语“基本上透明的材料”理解为意指允许其接收的至少90％的光束穿过的材料。换言之，所述材料的厚度与所述材料对光束的吸收系数的乘积小于0.1。
术语“光吸收材料”理解为意指吸收其接收的至少90％的光束的材料。换言之，所述材料的厚度与所述材料对光束的吸收系数的乘积大于2.3。在光束的波长处的光吸收系数优选地大于105cm-1。
除非指定了这样的接触，否则涉及两个层的相对位置的术语“在......上”和“在......之间”不一定意味着所述层之间的直接接触。
与其中牺牲层与光吸收层合并的已知方法相比，通过提供与光吸收层不同的牺牲层，根据本发明的复合结构具有若干优点。具体地，可以使牺牲层的厚度最小化。因此，在所述层解离之后，在待分离层的一侧上存在的热量将更低。另外，牺牲层本身有助于使光吸收层与待分离层分开。结果，可以使用较低的热预算来分离复合结构，这允许使用如上所述的对温度敏感的待分离层和/或最终载体。
在适当时，单独或组合考虑的根据所述结构的其他有利但任选的特征：
-牺牲层与光吸收层接触；
-牺牲层由对所述光束基本上透明的材料制成；
-所述结构进一步包括衬底和光吸收层之间的第一热障层，所述第一热障层对所述光束基本上透明；
-所述结构进一步包括牺牲层和待分离层之间的第二热障层；
-第一热障层和/或第二热障层的线性导热系数小于10W m-1K-1；
-第一热障层和/或第二热障层包括以下材料中的至少一种：二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)；
-所述结构进一步包括牺牲层和待分离层之间的第一薄膜，所述第一薄膜适于反射或吸收光束；
-所述第一薄膜包括以下材料中的至少一种：硅、二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、钼、氮化硅(Si3N4)；
-所述结构进一步包括牺牲层和待分离层之间的第二薄膜，所述第二薄膜适于在所述结构的整个区域上分配热量；
-所述第二薄膜包括以下材料中的至少一种：氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、多晶氮化铝(AlN)、多晶硅；
-衬底包括以下材料中的至少一种：蓝宝石、石英；
-光吸收层包括以下材料中的至少一种：氮化硅(Si3N4)、多晶硅、多晶碳化硅(SiC)；
-牺牲层包括以下材料中的至少一种：氮化硅(Si3N4)、多晶氮化铝(AlN)、多晶氮化镓(GaN)、氧化铟锡(ITO)；
-待分离层包括以下材料中的至少一种：金属，例如铜；具有六方晶体结构的IV族材料，例如石墨烯；压电、铁磁或铁电材料；相变合金，例如GeSbTe。
本发明的另一个主题涉及一种用于分离例如上述的可拆除复合结构的方法。
所述方法包括：
-施加穿过衬底的光束，所述光束至少部分地由光吸收层吸收，以加热所述光吸收层，
-通过来自光吸收层的热传导将牺牲层加热至高于或等于解离温度的温度，
-在所述加热的作用下使牺牲层解离。
在适当时，单独或组合考虑的根据所述方法的其他有利但任选的特征：
-衬底的厚度与衬底对光束的吸收系数的乘积小于0.1；
-光吸收层的厚度与所述层对光束的吸收系数的乘积大于2.3；
-光束以脉冲的方式施加；
-光束的波长在100nm至12000nm之间；
-在施加所述光束之前，所述方法包括将复合结构结合至载体的步骤，牺牲层的解离导致待分离层转移至载体；
-载体包括以下材料中的至少一种：半导体材料，例如硅；金属，例如铜；聚合物。
本发明的另一个主题涉及一种用于制造例如上述的可拆除复合结构的方法。所述方法包括以下步骤：
-提供衬底，
-在衬底上形成由适于至少部分地吸收光束的材料制成的光吸收层，所述衬底对于所述光束基本上透明，
-在光吸收层上形成待分离层，
所述方法的特征在于，其包括在光吸收层与待分离层之间形成牺牲层，所述牺牲层由与光吸收层的材料不同的材料制成。
有利地，待分离层的形成在低于牺牲层的解离温度的温度下进行。
待分离层的形成可以包括在籽晶层上沉积所述层或将所述层结合至籽晶层。所述籽晶层可以包括以下材料中的至少一种：铂、镍、铜。
附图说明
本发明的其他特征和优点将从以下参照附图的详细描述中得出，其中：
-图1A和图1B示意性地示出了根据本发明两个实施方案的可拆除复合结构，
-图2示意性地示出了图1A的结构与载体的结合，
-图3示意性地示出了施加光束至结合至所述载体的可拆除复合结构，
-图4示意性地示出了在牺牲层解离之后的复合结构的分离，
-图5示意性地示出了在所述分离完成时获得的结构，其包括转移至载体的待分离层，
-图6A至图6C示出了第一类型复合结构的热模拟结果，其分别示出了在光束脉冲期间在可拆除复合结构内的加热，以及对于激光脉冲和牺牲层解离之后的不同持续时间，在牺牲层的解离之后所述复合结构内温度的均匀化，以及在光束脉冲期间和之后，籽晶层的温度随着时间的变化，
-图7A和图7B分别示出了对于已知结构(其中光吸收层和牺牲层合并并且由此形成单个Si3N4层)，以及对于根据本发明的结构(其中光吸收层由SiC制成，牺牲层由Si3N4制成)，籽晶层处的最高温度和每单位面积分离所需的热量随着光束的脉冲持续时间的变化，
-图7C示出了对于第一类型复合结构的不同组成，籽晶层处的最高温度随着光束的脉冲持续时间的变化，
-图8A和图8B分别示出了对于第二类型复合结构的不同组成，待转移层与载体之间的界面处的最高温度，以及为了使牺牲层解离而穿过衬底传输的能量随着脉冲持续时间的变化，
-图9A至图9C示出了热模拟结果，分别示出了对于不同的脉冲持续时间，在光束的脉冲期间在可拆除复合结构内的加热以及在牺牲层的解离之后所述复合结构内的温度的均匀化，以及在光束的脉冲期间和之后，籽晶层与待分离层之间的界面处的温度随着时间的变化。
为了附图的易读性，所示出的元件不一定按比例示出。此外，在各个附图中由相同的附图标记表示的元件是相同的。
具体实施方式
本发明的上下文涉及通过在至少部分结构上施加光束而引起的加热作用下，通过解离所述结构的层来分离复合结构。
与前述文献WO 2015/019018中描述的结构相比，本发明提出通过在所述结构中形成与牺牲层不同的光吸收层，将通过光吸收而加热的结构部分与在所述加热的作用下而解离的结构部分拆离。特别地，与光吸收层不同，牺牲层由对光束基本上透明的材料制成并且能够在施加高于解离温度的温度下解离，所述温度通过吸收光束来加热光吸收层而达到。
通常，如图1A所示，复合结构100依次包括至少一个对光束基本上透明的衬底1、光吸收层2、牺牲层3以及将要从该结构的其余部分分离的层4(或层的堆叠)。
通过与待分离层相对的衬底的面进行光束的照射。具体地，待分离层不一定对光束透明；然而，由至少部分吸收所述光束而引起的加热可能损坏所述待分离层。牺牲层插入在光吸收层和待分离层之间。因此，它有助于在基本上通过吸收光束而加热的光吸收层和待分离层之间形成热障。
优选地，牺牲层与吸收层接触，以使从吸收层至牺牲层的热传递最大化。
衬底1选自为了解离牺牲层而施加的对光束基本上透明的材料。
有利地，衬底可以是块状衬底或者由不同材料的层的堆叠组成，只要每种所述材料对光束基本上透明即可。
根据优选的实施方案，所述衬底包括以下材料中的至少一种：蓝宝石、石英。
选择光吸收层2的材料以使在光束的波长处具有高吸收性。
有利地，层2包括以下材料中的至少一种：氮化硅(Si3N4)、多晶硅、多晶碳化硅(SiC)、钼(Mo)。
牺牲层3是与层2不同的层，有利地由对光束基本上透明的材料制成。选择牺牲层的材料以使从所谓的解离温度开始解离。从该解离温度开始，观察到牺牲层的材料的化学键的脱聚，导致复合结构在所述牺牲层处的分离。另一方面，光吸收层的材料在高于解离温度的温度下是稳定的。
有利地，所述牺牲层包括以下材料中的至少一种：氮化硅(Si3N4)、多晶氮化铝(AlN)、多晶氮化镓(GaN)、氧化铟锡(ITO)。这些不同材料的解离温度通常在1000℃至2500℃之间。
牺牲层基本上不通过吸收光束来加热，而是通过来自光吸收层的热传导来加热。由于牺牲层一旦在其暴露于的温度达到所述层的解离温度就开始解离，因此如果牺牲层与光吸收层接触，则施加至待分离层的热预算要低于将被施加至所述层的热预算。
此外，使用两个不同的层进行光吸收和解离意味着可以使用相对较薄的牺牲层(比现有技术的牺牲层更薄)。具体地，尽管在牺牲层与光吸收层合并的情况下，所述层必须足够厚(通常约为几百纳米)以存储其自身解离所需的热量，但牺牲层的唯一功能是从某个温度开始分解，因此它可能很薄(约为几十纳米)。
由于本发明使得可以减少待分离层的热预算，因此所述层可以由多种材料形成。
例如，待分离层有利地包括以下材料中的至少一种：例如，金属，例如铜；具有六方晶体结构的IV族材料，例如石墨烯；压电、铁磁或铁电材料；相变合金，例如GeSbTe。
可以通过在衬底1上依次生长组成层来获得所述复合结构。复合结构的制造中的某些步骤还可以包括层转移或结合步骤。
在任何情况下，牺牲层的解离温度必须高于沉积或结合待分离层的温度，以避免在复合结构的制造过程中牺牲层的任何不合时宜的解离。
所述复合结构可以有利地包括单独或组合使用的一个或多个附加层，其产生以下参照图1B描述的附加效果。
图1B示出了组合所有这些附加功能层的实施方案，但是，如上所述，复合结构可以仅包括这些层中的一些，只要其至少包括参照图1A描述的层即可。
在衬底1和光吸收层2之间布置形成热障的第一层5。层5由对光束基本上透明并且表现出低导热率的材料制成。在本文中，术语“低导热率”理解为意指小于10W.m-1.K-1的线性导热系数。
第二热障层5布置在牺牲层3上。由于层5由低导热率的材料制成，因此使得可以改善待分离层4的隔热性。
有利地，每个层5包括以下材料中的至少一种：二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)。
层5使得可以将热量限制在复合结构限定的部分，即光吸收层和牺牲层。因此，与不存在热障层的情况相比，牺牲层的解离温度能更快地达到。
在第二热障层5上布置适于反射光束或吸收通过光吸收层而传输的所述光束的一部分的薄膜6(或薄膜的堆叠)。
所述薄膜6有利地包括以下材料中的至少一种：硅、二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、钼、氮化硅(Si3N4)。薄膜6可以有利地包括布拉格镜型堆叠。所述堆叠可以任选地执行热障的功能，从而代替第二层5。
所述薄膜6使得可以防止部分光束传输至待分离层，这具有减小施加至所述层的热预算并避免能量损失的作用。
此外，在薄膜6上布置表现出一定热惯性并且适于在结构的整个区域上分配热量的薄膜7(或薄膜的堆叠)。
所述薄膜7的特征在于产品厚度×密度×比热容。
所述薄膜7包括以下材料中的至少一种：氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、多晶氮化铝(AlN)、多晶硅。
最后，将籽晶层8布置在薄膜7上，与待转移层4直接接触。选择籽晶层以根据所述层的形成方式来促进待分离层4的结合或沉积。
所述籽晶层8可以包括以下材料中的至少一种：铂、镍、铜。
在待分离层将被转移至载体以便以后使用的情况下，将复合结构通过待分离层接合至所述载体。上述分离热预算的减少也有利于载体，特别是如果载体对温度敏感。因此，本发明还使得可以使用更多种类的载体，特别是由聚合物材料或金属制成的载体。
通常，载体可以包括以下材料中的至少一种：半导体材料，例如硅；金属，例如铜；聚合物。
图2示出了图1A的复合结构与载体200的结合。为了增强结合能，可以在结合之前进行任何合适的表面准备步骤。可替代地，可以将载体沉积在待分离层上，前提是为该沉积实施的热预算足够低以不会引起牺牲层的解离。
图3示意性地示出了通过激光束(由箭头表示)对结合至载体的复合结构的照射。所述光束穿过衬底1(以及，在合适的情况下，第一热障层)并被光吸收层吸收，所述光吸收层被加热。
有利地，光束以脉冲的方式施加。每个脉冲的持续时间约为几十纳秒。根据激光的功率和光吸收层中要达到的温度来选择该持续时间，以能够使牺牲层解离。
相对于构成复合结构的层的材料来选择激光的波长。特别地，与光吸收层不同，衬底和一个或多个热障层以及牺牲层在激光的波长下基本上透明。
通常，激光的波长可以在100nm至12000nm之间。对于石英衬底，激光的波长有利地为约150nm至700nm。对于硅衬底，激光的波长有利地为约1000nm至12000nm。
参照图4，牺牲层3在电吸收层2中产生的热量的作用下解离。由此，复合结构分为两部分：一方面是第一部分，其包括衬底1和光吸收层2，另一方面是第二部分，其包括待分离层4。可以在两个部分中的一个和/或另一个上发现牺牲层3的残留部分。为了去除这些残留部分，可以任选地进行精整处理。
图5示出了转移至载体200的层4。
示例n°1
该第一示例涉及用于生长待转移至载体的石墨烯层的复合结构。
参照图1B，复合结构依次包括(应注意，图1B中示出的所有层并非都存在于所述结构中)：
-蓝宝石衬底1，厚度为500μm；
-第一热障层5，其由SiO2制成，厚度为500nm；
-光吸收层2，其由碳化硅(SiC)制成，厚度为30nm；
-牺牲层3，其由氮化硅(Si3N4)制成，厚度为20nm；
-第二热障层5，其由SiO2制成，厚度为1000nm；
-镍籽晶层8，厚度为50nm。
当使所述结构经受穿过衬底1的来自以193nm发射的脉冲激光、脉冲持续时间为20ns并且能量密度约为0.1J.cm-2的光束时，在每个脉冲的持续时间内，结构内的温度会升高。产生的热量主要集中在光吸收层2中。当温度达到氮化硅的解离温度(即约1900℃)时，部分牺牲层、第二热障层5以及籽晶层8与衬底1和第一热障层5分离。
激光脉冲之后，温度在结构中均匀化。特别令人关注的是籽晶层8的上界面(即籽晶层与石墨烯层之间的界面)处的温度。
图6A示出了对于小于或等于激光脉冲持续时间(在此情况下为20ns)的不同持续时间，复合结构内的温度的分布随着深度z(以μm计)的变化。
图6B示出了对于激光脉冲结束之后的不同持续时间，结构内的温度的均匀化随着深度z(以μm计)的变化。
图6C示出了籽晶层的温度T(以℃计)随着时间t(以ms计)的变化。可以看出，所述温度不超过275℃，该温度比观察到石墨烯的电性能开始下降的温度低得多。
在193nm的波长下，SiC表现出的光吸收系数大于氮化硅的三倍，而在氮化硅的解离温度以上则保持稳定。
厚度为30nm的SiC的光吸收层和厚度为20nm的Si3N4的牺牲层的组合有利地代替了现有技术中使用的厚度为100nm的Si3N4的单个光吸收牺牲层。
因此，图7A展示了对于根据本发明的30nm的SiC的光吸收层和20nm的Si3N4的牺牲层的组合以及对于不根据本发明的厚度为100nm的Si3N4的单个光吸收牺牲层，在籽晶层8的上界面处的最高温度T(以℃计)随着激光脉冲持续时间d(以ns计)的变化。可以看出，根据本发明的结构，最高温度降低了超过100℃。
图7B示出了对于根据本发明的30nm的SiC的光吸收层和20nm的Si3N4的牺牲层的组合以及对于不根据本发明的厚度为100nm的Si3N4的单个光吸收牺牲层，每单位面积拆除所需的热量C(以J.cm-2计)随着激光脉冲持续时间d(以ns计)的变化。可以看出，本发明所需的热量减少了将近0.02J.cm-1，即减少了约14％。
此外，图7C示出了各种复合结构的数值模拟的结果。
结构S1、S2和S3符合本发明。它们都依次包括蓝宝石衬底1、由SiO2制成的第一热障层5、由SiC制成的光吸收层2、由Si3N4制成的牺牲层3、第二热障层5和镍层(构成待分离的石墨烯层的籽晶层)(除非另外说明，否则每个所述层的厚度都是上面提及的厚度)。结构S1和S2进一步包括第二热障层和籽晶层8之间的由多晶硅制成的热惯性层7；在结构S1的情况下，层7的厚度为1000nm；在结构S2的情况下，层7的厚度为500nm。
结构S4不符合本发明：它包括第一热障层和第二热障层之间的厚度为100nm的Si3N4的单个光吸收牺牲层，所述第一热障层和第二热障层与结构S1至S3的相同。
可以看出，最高温度随着热惯性层7的厚度增加而降低。因此，对于包括厚度为500nm的热惯性层7的结构S2，对于20ns的脉冲，最高温度低于200℃。在此情况下，相对于所有层3、层5和层8，热惯性薄膜提供43％的附加表面热容量(以J.K-1.m-1计)。
示例n°2
该第二示例涉及一种复合结构，该复合结构允许在硅衬底上沉积一层PZT(锆钛酸铅)，然后将所述层转移至柔性载体。这样的层表现出铁电、压电和/或热电性质。
参照图1B，复合结构依次包括(图1B中示出的所有层并不一定都存在于所述结构中)：
-硅衬底1，厚度为500μm；
-第一热障层5，其由SiO2制成，厚度为500nm；
-光吸收层2，其由钼制成，厚度为100nm；
-牺牲层3，其由钛和氧化铟(ITO)制成，厚度为20nm；
-第二热障层5，其由SiO2制成，厚度为500nm；
-PZT层4，厚度为1μm。
为了获得令人满意的性能，必须将所述层4加热至600℃。
在该步骤之后，将聚酰亚胺膜形式的柔性载体结合至PZT层，以将所述层转移至其上。聚酰亚胺膜可以承受的最高温度在200℃至400℃之间，这取决于施加温度的持续时间。
为了分离所述复合结构，使用发射例如波长为10.6μm的红外光的CO2激光器。
图8A示出了对于不同的复合结构S5-S8，在结合界面处的最高温度(以℃计)随着激光脉冲持续时间(以ns计)的变化。
如果脉冲持续时间超过50ns，则将超过200℃的极限温度。
如果激光源的功率不足，则可以通过增加热障层5的厚度和/或通过插入热分布膜7以增加牺牲层3和PZT层4与载体之间的结合界面之间的层的热容量来提供具有更长脉冲(例如100nm)的传输。
结构S5、S6、S7和S8符合本发明。它们都依次包括硅衬底1、由SiO2制成的第一热障层5、由钼制成的光吸收层2、由ITO制成的牺牲层3、第二热障层5和1μm的PZT层4(构成待分离层)(除非另外说明，否则所述层的厚度为上面提及的厚度)。结构S5和S6进一步包括第二热障层和籽晶层8之间的由多晶硅制成的热惯性层7；在结构S5的情况下，层7的厚度为1000nm；在结构S6的情况下，层7的厚度为500nm。与结构S8相比，结构S7的第二热障层更厚(1000nm而不是500nm)。
图8B示出了对于上面提及的结构S5-S8，穿过硅衬底传输以使牺牲层解离的激光的功率密度D(以W.m-2计)随着激光脉冲持续时间(以ns计)的变化。这些点对于所有所述结构基本上是重合的。
图9A示出了对于小于或等于激光脉冲持续时间(在此情况下为100ns)的不同持续时间，复合结构S5内的温度的分布随着深度z(以μm计)的变化。
图9B示出了对于激光脉冲结束之后的不同持续时间，结构S5内的温度的均匀化随着深度z(以μm计)的变化。
图9C示出了结构S5的PZT层的上界面处的温度T(以℃计)随着时间t(以μs计)的变化。可以看出，所述温度不超过180℃，以使结合至PZT层的聚酰亚胺载体在分离方法期间不存在被损坏的风险。
当然，上述示例仅以说明性的方式提供，而不是限制性的。
参考文献
WO 2015/019018

Claims (21)

1.一种通过光束分离可拆除复合结构的方法，所述方法包括：
-提供可拆除复合结构(100)，其依次包括：
·衬底(1)，
·光吸收层(2)，其由适于至少部分地吸收光束的材料制成，
所述衬底对于所述光束基本上透明，
·牺牲层(3)，其适于在施加高于解离温度的温度下解离，由与光吸收层(2)的材料不同的材料制成，
·至少一个待分离层(4)，
-施加穿过衬底(1)的光束，所述光束至少部分地由光吸收层(2)吸收，以加热所述光吸收层，
-通过来自光吸收层(2)的热传导将牺牲层(3)加热至高于或等于解离温度的温度，
-在所述加热的作用下使牺牲层(3)解离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，衬底(1)的厚度与衬底对光束的吸收系数的乘积小于0.1。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，光吸收层(2)的厚度与所述层对光束的吸收系数的乘积大于2.3。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述光束以脉冲的方式施加。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述光束的波长在100nm至12 000nm之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，在施加所述光束之前，所述方法包括将复合结构(100)结合至载体(200)的步骤，所述牺牲层(3)的解离导致待分离层(4)转移至载体(200)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述载体(200)包括以下材料中的至少一种：半导体材料，例如硅；金属，例如铜；聚合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述牺牲层(3)与所述光吸收层(2)接触。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述牺牲层(3)由对所述光束基本上透明的材料制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述结构进一步包括所述衬底(1)和所述光吸收层(2)之间的第一热障层(5)，其对所述光束基本上透明。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述结构进一步包括所述牺牲层和所述待分离层之间的第二热障层(5)。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的方法，其中，所述第一热障层和/或所述第二热障层(5)的线性导热系数小于10W m-1K-1。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述第一热障层和/或所述第二热障层(5)包括以下材料中的至少一种：二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述结构进一步包括所述牺牲层(3)和所述待分离层(4)之间的第一薄膜(6)，其适于反射或吸收光束。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一薄膜(6)包括以下材料中的至少一种：硅、二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、钼、氮化硅(Si3N4)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述结构进一步包括所述牺牲层(3)和所述待分离层(4)之间的第二薄膜(7)，其适于在所述结构(100)的整个区域上分配热量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二薄膜(7)包括以下材料中的至少一种：氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、多晶氮化铝(AlN)、多晶硅。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述衬底(1)包括以下材料中的至少一种：蓝宝石、石英。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光吸收层(2)包括以下材料中的至少一种：氮化硅(Si3N4)、多晶硅、多晶碳化硅(SiC)。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述牺牲层(3)包括以下材料中的至少一种：氮化硅(Si3N4)、多晶氮化铝(AlN)、多晶氮化镓(GaN)、氧化铟锡(ITO)。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述待分离层(4)包括以下材料中的至少一种：金属，例如铜；具有六方晶体结构的IV族材料，例如石墨烯；压电、铁磁或铁电材料；相变合金，例如GeSbTe。
CN201980035862.9A 2018-03-29 2019-03-22 通过光束分离可移除复合结构的方法 Pending CN112204711A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1852715A FR3079657B1 (fr) 2018-03-29 2018-03-29 Structure composite demontable par application d'un flux lumineux, et procede de separation d'une telle structure
FR1852715 2018-03-29
PCT/FR2019/050654 WO2019186036A1 (fr) 2018-03-29 2019-03-22 Procédé de séparation d'une structure composite démontable au moyen d'un flux lumineux

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112204711A true CN112204711A (zh) 2021-01-08

Family

ID=62751066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980035862.9A Pending CN112204711A (zh) 2018-03-29 2019-03-22 通过光束分离可移除复合结构的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11469367B2 (zh)
EP (1) EP3776633A1 (zh)
JP (1) JP7311528B2 (zh)
KR (1) KR20200136955A (zh)
CN (1) CN112204711A (zh)
FR (1) FR3079657B1 (zh)
SG (1) SG11202009469XA (zh)
WO (1) WO2019186036A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3104809B1 (fr) 2019-12-11 2021-12-17 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d’une couche de materiau structuree

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19839574A1 (de) * 1998-08-31 2000-03-02 Richard Sizmann Verfahren und Schichtkombination zur Erzeugung von Wärme in Bekleidung bzw. Decken
US6559075B1 (en) * 1996-10-01 2003-05-06 Siemens Aktiengesellschaft Method of separating two layers of material from one another and electronic components produced using this process
CN1998071A (zh) * 2004-06-01 2007-07-11 米歇尔·布吕埃尔 制造包含分离层的多层结构的方法
CN102099934A (zh) * 2008-07-15 2011-06-15 高丽大学校 用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底以及使用该支撑衬底的半导体发光装置
KR20110111211A (ko) * 2010-04-02 2011-10-10 경희대학교 산학협력단 Ｇａ-Ｏ-Ｎ 계열의 희생층을 이용한 플렉서블 반도체 소자의 제조 방법
CN102986019A (zh) * 2010-06-24 2013-03-20 索泰克公司 通过注入和照射制备衬底的方法
CN103703552A (zh) * 2011-07-13 2014-04-02 尤里·杰奥尔杰维奇·施赖特尔 从外延半导体结构的生长基底激光分离外延膜或外延膜层的方法（变体）
CN105453226A (zh) * 2013-08-08 2016-03-30 Soitec公司 用于通过电磁辐射将结构从衬底分离的方法、堆叠和组件
CN105765710A (zh) * 2013-11-25 2016-07-13 小利兰·斯坦福大学托管委员会 外延薄膜结构的激光剥离
CN107112205A (zh) * 2015-01-16 2017-08-29 住友电气工业株式会社 制造半导体衬底的方法、半导体衬底、制造组合半导体衬底的方法、组合半导体衬底和半导体结合衬底
CN107206544A (zh) * 2015-01-28 2017-09-26 西尔特克特拉有限责任公司 透明的并且高度稳定的显示屏保护件

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3962282B2 (ja) 2002-05-23 2007-08-22 松下電器産業株式会社 半導体装置の製造方法
JP4934942B2 (ja) * 2003-07-23 2012-05-23 ソニー株式会社 剥離方法
WO2006132382A2 (en) 2005-06-07 2006-12-14 Fujifilm Corporation Method of manufacturing a film
JP5735774B2 (ja) * 2010-09-30 2015-06-17 芝浦メカトロニクス株式会社 保護体、基板積層体、貼り合わせ装置、剥離装置、および基板の製造方法
JP5685567B2 (ja) * 2012-09-28 2015-03-18 株式会社東芝 表示装置の製造方法
WO2019167131A1 (ja) * 2018-02-27 2019-09-06 堺ディスプレイプロダクト株式会社 フレキシブルｏｌｅｄデバイスの製造方法及び支持基板

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6559075B1 (en) * 1996-10-01 2003-05-06 Siemens Aktiengesellschaft Method of separating two layers of material from one another and electronic components produced using this process
DE19839574A1 (de) * 1998-08-31 2000-03-02 Richard Sizmann Verfahren und Schichtkombination zur Erzeugung von Wärme in Bekleidung bzw. Decken
CN1998071A (zh) * 2004-06-01 2007-07-11 米歇尔·布吕埃尔 制造包含分离层的多层结构的方法
CN102099934A (zh) * 2008-07-15 2011-06-15 高丽大学校 用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底以及使用该支撑衬底的半导体发光装置
KR20110111211A (ko) * 2010-04-02 2011-10-10 경희대학교 산학협력단 Ｇａ-Ｏ-Ｎ 계열의 희생층을 이용한 플렉서블 반도체 소자의 제조 방법
CN102986019A (zh) * 2010-06-24 2013-03-20 索泰克公司 通过注入和照射制备衬底的方法
CN103703552A (zh) * 2011-07-13 2014-04-02 尤里·杰奥尔杰维奇·施赖特尔 从外延半导体结构的生长基底激光分离外延膜或外延膜层的方法（变体）
CN105453226A (zh) * 2013-08-08 2016-03-30 Soitec公司 用于通过电磁辐射将结构从衬底分离的方法、堆叠和组件
CN105765710A (zh) * 2013-11-25 2016-07-13 小利兰·斯坦福大学托管委员会 外延薄膜结构的激光剥离
CN107112205A (zh) * 2015-01-16 2017-08-29 住友电气工业株式会社 制造半导体衬底的方法、半导体衬底、制造组合半导体衬底的方法、组合半导体衬底和半导体结合衬底
CN107206544A (zh) * 2015-01-28 2017-09-26 西尔特克特拉有限责任公司 透明的并且高度稳定的显示屏保护件

Also Published As

Publication number Publication date
US20210028348A1 (en) 2021-01-28
US11469367B2 (en) 2022-10-11
FR3079657B1 (fr) 2024-03-15
JP2021520065A (ja) 2021-08-12
SG11202009469XA (en) 2020-10-29
JP7311528B2 (ja) 2023-07-19
WO2019186036A1 (fr) 2019-10-03
FR3079657A1 (fr) 2019-10-04
KR20200136955A (ko) 2020-12-08
EP3776633A1 (fr) 2021-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI527099B (zh) 用於回收基材之方法
JP5324803B2 (ja) 基板、特に光学、電子工学または電子光学用基板の製造方法、およびこの製造方法により得られる基板
CN109786229B (zh) 一种晶圆键合方法以及相应的异质衬底制备的方法
JP5832531B2 (ja) 注入および照射により基板を調製する方法
JP2006140445A (ja) 複合材料ウェーハの製造方法
JP5380429B2 (ja) エピタキシャル層を移動させる方法
TW201021125A (en) Relaxation and transfer of strained layers
TWI398019B (zh) 在ｓｏｉ上氮化鎵半導體裝置及其製程
US20130140517A1 (en) Thin and Flexible Gallium Nitride and Method of Making the Same
CN104716080A (zh) 化合物结构和用于形成化合物结构的方法
TW201230181A (en) Process for cleaving a substrate
TWI251874B (en) Semiconductor device manufacturing apparatus and its manufacturing method
WO2014026292A1 (en) Arbitrarily thin ultra smooth film with built-in separation ability and method of forming the same
JP2010118638A (ja) 薄膜素子の製造方法
CN112204711A (zh) 通过光束分离可移除复合结构的方法
JP2013247362A (ja) 半導体素子用薄膜貼り合わせ基板の製造方法
TW201120961A (en) Semiconductor device having an InGaN layer
JP5722038B2 (ja) 基板とその一方の面上に堆積させた層とを含む構造体の製造方法
CN102693902A (zh) 实现至少部分松弛的应变材料的岛状物的方法
US20200224332A1 (en) Method of separating a film from a main body of a crystalline object
CN102124557A (zh) 应变层松弛用补强层
JP2008532328A (ja) 半導体材料の少なくとも１つの厚い層を含むヘテロ構造の製造方法
US20120074526A1 (en) Detachable substrate and processes for fabricating and detaching such a substrate
JP7182105B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体デバイスの製造方法
TW201923824A (zh) 處理目標材料之方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination